汽轮机轴向位移和胀差概念分析

01 轴向位移和胀差的概念

轴位移指的是轴的位移量而胀差则指的是轴相对于汽缸的相对膨胀量，一般轴向位移变化时其数值较小。轴向位移为正值时，大轴向发电机方向移，若此时汽缸膨胀远小于轴的膨胀，差胀不一定向正值方向变化；如果机组参数不变，负荷稳定，差胀与轴向位移不发生变化。机组启停过程中及蒸汽参数变化时，差胀将会发生变化，由于负荷的变化而轴向位移也一定发生变化。运行中轴向位移变化，必然引起差胀的变化。

02 影响机组差胀的因素

使胀差向正值增大的主要因素简述如下： 
1）启动时暖机时间太短，升速太快或升负荷太快。 
2）汽缸夹层、法兰加热装置的加热汽温太低或流量较低，引起汽加热的作用较弱。 
3）滑销系统或轴承台板的滑动性能差，易卡涩。 
4）轴封汽温度过高或轴封供汽量过大，引起轴颈过份伸长。 
5）机组启动时，进汽压力、温度、流量等参数过高。 
6）推力轴承磨损，轴向位移增大。 
7）汽缸保温层的保温效果不佳或保温层脱落，在严冬季节里，汽机房室温太低或有穿堂冷风。
8）双层缸的夹层中流入冷汽（或冷水）。 
9）胀差指示器零点不准或触点磨损，引起数字偏差。 
10）多转子机组，相邻转子胀差变化带来的互相影响。 
11）真空变化的影响。 
12）转速变化的影响。

13）各级抽汽量变化的影响，若一级抽汽停用，则影响高差很明显。 
14）轴承油温太高。 
15）机组停机惰走过程中由于“泊桑效应”的影响。（泊桑效应是转子高速旋转时，受离心力的作用，转子发生变形，径向变粗、轴向变短；当转速降低时，离心力的作用减小，大轴的径长又回到原来的状态，变细变长。）

当负荷变化时，各级蒸汽流量发生变化，特别是在低负荷范围内，各级蒸汽温度的变化较大，负荷增长速度愈快，蒸汽的温升速度也愈快．与金属表向降负荷速度加快，汽缸和转子温升速度的差别愈大。负荷增加速度加快，正差胀增大；降负荷速度加快，正差胀缩小，以致出现负差胀。轴封供气对转子的轴封段和轴封体加热，由于轴封体是嵌在汽缸两端，其膨胀对汽缸轴同长度几乎没有影响，但转子轴封段的膨胀却影响转子的长度，因而使正差胀加大。由于轴封段占转子长度的比例较小，故对总差胀影响较小，可是轴封处的局部差胀却比较大。若轴封供气温度过高，则出现正差胀过大；反之，负差胀过大。一般规定轴封气温度略高于轴封金属温度。

低压差胀对环境温度较敏感。环境温度升高，低压差胀变小，环境温度降低，低压差胀升高。主要原因一方面是环境温度降低，低压缸冷却加剧（低压缸无保温）；另一方面是循环水温度降低使真空升高，排气温度降低，缸温下降。经观察，在不同负荷下，变化规律是一样的。在同一负荷下，冬季跟夏季低压差胀相差 15%。摩擦鼓风的影响,在机组启动和低负荷阶段，蒸汽流量较小，而高中低压级内产生较大的鼓风摩擦损失（与转速三次方成正比），损失产生的热量被蒸汽吸收，使其温度升高。由于叶轮直接与蒸汽相摩擦，因此转子温度比汽缸温度高，故出现正差胀。随着转速升高，转子摩擦鼓风损失产生的热量相应加大，但此时由于流量增加，使产生的 鼓风损失的级数相应减少，因此每千克蒸汽吸收摩擦鼓风损失产生的热量先随转速升高而增大，使高中低压缸正差胀增大，后又随转速升高而相应减少，对差胀的影响逐渐减少。真空降低，一方面排气温度升高，低压缸排气口压力升高，缸体内外压差减少，两者促进低压缸缸体膨胀，从而减少低压差胀。另一方面，若轴封气压不变，低压缸轴封段轴封汽量减少，转子加热减弱，也使低压差胀减少。

泊桑效应影响机组低压差胀约10%，所以开机冲转前，低压差胀应保证10%以上。在停机过程中尽量减少低压差胀（最好控制在90％以下），当低压差胀超过110%，必须紧急停机，这时随着转速下降，低压差胀会超过120%，在低转速区可能会有动静摩擦。在冬季低压差胀过高时，要注意轴封气母管压力，若压力过高可适当调低，也可用降低真空方法来减少低压差胀。冬季减少开窗的地方，这是冬季减少低压差胀有效措施。

极热态启动时，轴封供气尽量选择高温汽源，辅气作为汽源时，必须保证其温度控制在270℃左右，若温度太低，将造成高压轴封段大轴急剧冷却收缩，有可能导致前几级动静摩擦。冷态启动时，轴封气源高于大轴金属温度，大轴将局部受热伸长，出现较大的正差胀。因此要选择与轴封金属温度相匹配的汽源，不拖延启动时间。低压差胀过大，可采用降低真空来调节，尽量提前冲转升速。机组启动阶段低压正差胀超过限值时，可破坏真空停轴封气，待差胀正常后重新启动。机组倒缸前，主蒸汽汽温至少比高压缸金属温度高50℃以上，倒缸前应考虑轴向位移对高压差胀影响。机组启停阶段差胀变化幅度大，影响因素多，调整难度大，因此要严格按规程操作，根据汽缸金属温度选择适当的冲转参数，适当的升温升压曲线，确定合适升温速度，控制升速和暖机时间，带负荷后根据具体情况，及时分析和采取有效方法，才能有效控制差胀。